Vous voyez des engrenages dans à peu près tout ce qui a des pièces en rotation. Les moteurs et les transmissions des voitures contiennent de nombreux engrenages. Si jamais vous ouvrez un magnétoscope et regardez à l'intérieur, vous verrez qu'il est plein d'engrenages. liquidation, les horloges grand-père et à pendule contiennent de nombreux engrenages, surtout s'ils ont des cloches ou des carillons. Vous avez probablement un wattmètre sur le côté de votre maison, et s'il a un couvercle transparent, vous pouvez voir qu'il contient 10 ou 15 engrenages. Les engrenages sont partout où il y a des moteurs et des moteurs produisant un mouvement de rotation.
Dans cette édition de CommentStuffWorks , vous en apprendrez davantage sur les rapports de démultiplication et les trains d'engrenages afin de comprendre ce que font tous ces différents engrenages. Vous pouvez également lire Comment fonctionnent les engrenages pour en savoir plus sur les différents types d'engrenages et leurs utilisations ou vous pouvez en savoir plus sur les rapports d'engrenage en visitant notre tableau des rapports d'engrenage.
Contenu
Les engrenages sont généralement utilisés pour l'une des quatre raisons suivantes :
Vous pouvez voir les effets 1, 2 et 3 dans la figure ci-dessus. Dans cette figure, vous pouvez voir que les deux engrenages tournent dans des sens opposés, que le petit engrenage tourne deux fois plus vite que le plus grand, et que le axe de rotation du plus petit engrenage se trouve à droite de l'axe de rotation du plus grand engrenage.
Le fait qu'un engrenage tourne deux fois plus vite que l'autre est dû au rapport entre les engrenages - le rapport de démultiplication . Dans cette figure, les diamètre de l'engrenage de gauche est le double de celui de l'engrenage de droite. Le rapport de démultiplication est donc de 2:1 (prononcé "two to one"). Si vous regardez la figure, vous pouvez voir le rapport :chaque fois que le plus gros engrenage fait le tour une fois, le plus petit engrenage fait le tour deux fois. Si les deux engrenages avaient le même diamètre, ils tourneraient à la même vitesse mais dans des directions opposées.
Comprendre le concept du rapport de transmission est facile si vous comprenez le concept du circonférence d'un cercle. Gardez à l'esprit que la circonférence d'un cercle est égale au diamètre du cercle multiplié par Pi (Pi est égal à 3.14159...). Par conséquent, si vous avez un cercle ou un engrenage d'un diamètre de 1 pouce, la circonférence de ce cercle est de 3,14159 pouces.
La figure suivante montre comment la circonférence d'un cercle d'un diamètre de 1,27 pouces est égale à une distance linéaire de 4 pouces :
Disons que vous avez un autre cercle dont le diamètre est de 0,635 pouces (1,27 pouces / 2), et vous le roulez de la même manière que sur cette figure. Tu trouveras ça, parce que son diamètre est la moitié du cercle de la figure, il doit effectuer deux rotations complètes pour couvrir la même ligne de 4 pouces. Cela explique pourquoi deux vitesses, une moitié aussi grande que l'autre, ont un rapport de démultiplication de 2:1. Le petit engrenage doit tourner deux fois pour couvrir la même distance parcourue lorsque le plus grand engrenage tourne une fois.
La plupart des engrenages que vous voyez dans la vraie vie ont les dents . Les dents ont trois avantages :
Pour créer de grands rapports de démultiplication, les engrenages sont souvent reliés entre eux dans trains d'engrenages , comme indiqué ici :
L'engrenage de droite (violet) du train est en fait composé de deux parties, Comme montré ci-dessus. Un petit engrenage et un plus grand engrenage sont connectés ensemble, l'un sur l'autre. Les trains d'engrenages sont souvent constitués de plusieurs engrenages dans le train, comme le montrent les deux figures suivantes.
Dans le cas ci-dessus, l'engrenage violet tourne à une vitesse deux fois supérieure à celle de l'engrenage bleu. L'engrenage vert tourne deux fois plus vite que l'engrenage violet. L'engrenage rouge tourne deux fois plus vite que l'engrenage vert. Le train d'engrenages illustré ci-dessous a un rapport de démultiplication plus élevé :
Dans ce train, les engrenages plus petits sont un cinquième de la taille des engrenages plus grands. Cela signifie que si vous connectez l'engrenage violet à un moteur tournant à 100 tours par minute (tr/min), le pignon vert tournera au rythme de 500 tr/min et le pignon rouge tournera au rythme de 2, 500 tr/min. De la même manière, vous pouvez joindre un 2, Moteur 500 tr/min sur le pignon rouge pour obtenir 100 tr/min sur le pignon violet. Si vous pouvez voir à l'intérieur de votre wattmètre et qu'il est d'un style plus ancien avec cinq cadrans mécaniques, vous verrez que les cinq cadrans sont reliés les uns aux autres par un train d'engrenages comme celui-ci, avec les engrenages ayant un rapport de 10:1. Parce que les cadrans sont directement connectés les uns aux autres, ils tournent dans des directions opposées (vous verrez que les chiffres sont inversés sur les cadrans les uns à côté des autres).
Il y a trois engrenages à vis sans fin visibles dans ce compteur kilométrique. Voir Comment fonctionnent les compteurs kilométriques pour plus d'informations. Si vous souhaitez créer un rapport de transmission élevé, rien ne vaut le vis sans fin . Dans un engrenage à vis sans fin, un arbre fileté engage les dents d'un engrenage. Chaque fois que l'arbre fait un tour, l'engrenage avance d'une dent. Si l'engrenage a 40 dents, vous avez un rapport de démultiplication de 40:1 dans un très petit boîtier. Voici un exemple d'essuie-glace.
Un compteur kilométrique mécanique est un autre endroit qui utilise beaucoup d'engrenages à vis sans fin :
Il existe de nombreuses autres façons d'utiliser les engrenages. Un train d'engrenages spécialisé est appelé un train planétaire . Les engrenages planétaires résolvent le problème suivant. Disons que vous voulez un rapport de transmission de 6:1 avec l'entrée tournant dans le même sens que la sortie. Une façon de créer ce rapport est d'utiliser le train à trois vitesses suivant :
Dans ce train, l'engrenage bleu a six fois le diamètre de l'engrenage jaune (donnant un rapport 6:1). La taille de l'engrenage rouge n'a pas d'importance car elle est juste là pour inverser le sens de rotation afin que les engrenages bleu et jaune tournent dans le même sens. Cependant, imaginez que vous voulez que l'axe de l'engrenage de sortie soit le même que celui de l'engrenage d'entrée. Un endroit commun où cette capacité du même axe est nécessaire est dans un tournevis électrique. Dans ce cas, vous pouvez utiliser un système d'engrenage planétaire, comme indiqué ici :
Dans ce système d'engrenage, l'engrenage jaune (le soleil ) engage les trois vitesses rouges (la planètes ) simultanément. Tous les trois sont attachés à une plaque (le porteur de planète ), et ils engagent le à l'intérieur de l'engrenage bleu (le anneau ) au lieu de l'extérieur. Parce qu'il y a trois engrenages rouges au lieu d'un, ce train d'engrenages est extrêmement robuste. L'arbre de sortie est fixé à la couronne bleue, et le porte-satellites est maintenu immobile - cela donne le même rapport de démultiplication de 6:1. Vous pouvez voir une image d'un système d'engrenage planétaire à deux étages sur la page du tournevis électrique, et un système d'engrenage planétaire à trois étages de la page d'arrosage. Vous trouverez également des systèmes d'engrenages planétaires à l'intérieur des transmissions automatiques.
Une autre chose intéressante à propos des engrenages planétaires est qu'ils peuvent produire différents rapports d'engrenage en fonction de l'engrenage que vous utilisez comme entrée, quel équipement vous utilisez comme sortie, et lequel vous tenez encore. Par exemple, si l'entrée est le planétaire, et nous maintenons la couronne à l'arrêt et attachons l'arbre de sortie au porte-satellites, nous obtenons un rapport de transmission différent. Dans ce cas, le porte-satellites et les planètes tournent autour du planétaire, donc au lieu que le planétaire doive tourner six fois pour que le porte-satellites fasse le tour une fois, il doit tourner sept fois. C'est parce que le porte-satellites a fait le tour du planétaire une fois dans la même direction qu'il tournait, en soustrayant un tour du planétaire. Donc dans ce cas, nous obtenons une réduction de 7:1.
Vous pourriez réarranger les choses à nouveau, et cette fois, maintenez le planétaire immobile, prenez la sortie du porte-satellites et raccordez l'entrée à la couronne dentée. Cela vous donnerait une réduction de vitesse de 1,17:1. Une transmission automatique utilise des engrenages planétaires pour créer les différents rapports de démultiplication, en utilisant des embrayages et des bandes de frein pour maintenir différentes parties du train d'engrenages à l'arrêt et modifier les entrées et les sorties.
Imaginez la situation suivante :Vous avez deux engrenages rouges que vous souhaitez garder synchronisés, mais ils sont éloignés l'un de l'autre. Vous pouvez placer un gros engrenage entre eux si vous voulez qu'ils aient le même sens de rotation :
Ou vous pouvez utiliser deux engrenages de taille égale si vous voulez qu'ils aient des sens de rotation opposés :
Cependant, dans ces deux cas, les engrenages supplémentaires sont susceptibles d'être lourds et vous devez créer des essieux pour eux. Dans ces cas, la solution courante consiste à utiliser soit un chaîne ou un courroie crantée , comme indiqué ici :
Les avantages des chaînes et des courroies sont légers, la possibilité de séparer les deux vitesses d'une certaine distance, et la possibilité de connecter plusieurs engrenages ensemble sur la même chaîne ou courroie. Par exemple, dans un moteur de voiture, la même courroie crantée pourrait engager le vilebrequin, deux arbres à cames et l'alternateur. Si vous deviez utiliser des engrenages à la place de la ceinture, ce serait beaucoup plus dur.
Pour plus d'informations sur les engrenages et leurs applications, consultez les liens sur la page suivante!
Publié à l'origine :20 novembre 2000
